دوربین TOF چیست و چگونه کار می‌کند؟

TOF سه بعدیCآمرا

دوربین TOF 3D با پیشرفته‌ترین فناوری تصویربرداری سه‌بعدی ساخته شده است. دوربین عمق TOF (زمان پرواز) نسل جدیدی از محصولات فناوری تشخیص فاصله و تصویربرداری سه‌بعدی است. این دوربین به طور مداوم پالس‌های نوری را به هدف ارسال می‌کند و سپس از حسگر برای دریافت نور برگشتی از جسم استفاده می‌کند و با تشخیص زمان پرواز (رفت و برگشت) پالس نوری، فاصله جسم هدف را به دست می‌آورد.

دوربین‌های TOF معمولاً از روش زمان پرواز در اندازه‌گیری فاصله استفاده می‌کنند، یعنی هنگام استفاده از امواج فراصوت و غیره، اندازه‌گیری را به خاطر داشته باشید و می‌توانید فاصله را بیشتر درک کنید. این اندازه‌گیری فاصله را می‌توان از طریق پرتوهای نور انجام داد، بنابراین مزایای آن در استفاده واقعی هنوز بسیار آشکار است. وقتی از این دوربین استفاده می‌شود، می‌توان اندازه را با تصویربرداری اندازه‌گیری کرد که بسیار راحت است. و این روش استفاده از طریق بازتاب نور است، می‌توان با محاسبه زمان بازگشت، فاصله را تشخیص داد و از طریق حسگر، درک مناسب‌تری به دست آورد. مزیت استفاده از این نوع دوربین بسیار آشکار است. نه تنها پیکسل‌ها بالاتر هستند، بلکه اضافه شدن این حسگر می‌تواند اندازه‌گیری روی نقشه اندازه را واقعی‌تر کند و نیازی به قطعات متحرک نیست و فقط با اندازه‌گیری می‌توان به نتایج بهتری دست یافت. این در کاربردهای عملی، چه موقعیت‌یابی و چه اندازه‌گیری، بسیار سودمند است، تا زمانی که این نوع دوربین را داشته باشید، می‌توانید در عمل به چشم ماشین‌آلات و تجهیزات بیشتری تبدیل شوید و واقعاً عملیات خودکار را تکمیل کنید.

دوربین‌های TOF می‌توانند به طور خودکار از موانع در حین استفاده جلوگیری کنند. از طریق عملکرد حسگر، می‌توان به طور مؤثر از اتوماسیون استفاده کرد و مزایای استفاده از این دوربین بسیار آشکار است. این دوربین نه تنها می‌تواند حجم و اطلاعات را به موقع تشخیص دهد، بلکه در جابجایی بار نیز می‌تواند مفید باشد. بهبود اتوماسیون کارآمدتر است، می‌تواند سرعت بهبود کارایی را افزایش دهد و می‌تواند مزایای زیادی در اندازه‌گیری فاصله و ارائه تصویر به دست آورد. هسته اصلی این دوربین می‌تواند. این دوربین نتایج بهتری ارائه می‌دهد و از طریق تحریک پالس، می‌توانید هدف دقیق را بشناسید، نه تنها می‌توانید ردیابی کنید، بلکه می‌توانید مدل‌سازی سه‌بعدی را روی تصویر انجام دهید که می‌توان گفت بسیار دقیق است.

چگونهتافدوربین‌ها کار می‌کنند

دوربین‌های TOF از تشخیص نور فعال استفاده می‌کنند و معمولاً شامل بخش‌های زیر هستند:

۱. واحد پرتودهی

واحد تابش قبل از انتشار، نیاز به مدولاسیون پالسی منبع نور دارد و فرکانس پالس نوری مدوله شده می‌تواند تا ۱۰۰ مگاهرتز باشد. در نتیجه، منبع نور هزاران بار در طول ثبت تصویر روشن و خاموش می‌شود. هر پالس نوری تنها چند نانوثانیه طول دارد. پارامتر زمان نوردهی دوربین، تعداد پالس‌ها در هر تصویر را تعیین می‌کند.

برای دستیابی به اندازه‌گیری‌های دقیق، پالس‌های نوری باید به طور دقیق کنترل شوند تا دقیقاً مدت زمان، زمان صعود و زمان سقوط یکسانی داشته باشند. زیرا حتی انحرافات کوچک فقط در حد یک نانوثانیه می‌تواند خطاهای اندازه‌گیری فاصله تا ۱۵ سانتی‌متر ایجاد کند.

چنین فرکانس‌های مدولاسیون بالا و دقتی تنها با LEDهای پیشرفته یا دیودهای لیزری قابل دستیابی است.

به طور کلی، منبع نور تابشی یک منبع نور مادون قرمز است که برای چشم انسان نامرئی است.

۲. لنز اپتیکی

این فیلتر برای جمع‌آوری نور منعکس‌شده و تشکیل تصویر روی حسگر نوری استفاده می‌شود. با این حال، برخلاف لنزهای نوری معمولی، برای اطمینان از ورود فقط نور با طول موج مشابه منبع روشنایی، باید یک فیلتر میان‌گذر به اینجا اضافه شود. هدف از این کار، سرکوب منابع نوری ناهمدوس برای کاهش نویز است، در حالی که از نوردهی بیش از حد حسگر حساس به نور به دلیل تداخل نور خارجی جلوگیری می‌کند.

۳. حسگر تصویربرداری

هسته دوربین TOF. ساختار سنسور شبیه به یک سنسور تصویر معمولی است، اما پیچیده‌تر از یک سنسور تصویر است. این سنسور شامل ۲ یا چند شاتر برای نمونه‌برداری از نور منعکس شده در زمان‌های مختلف است. بنابراین، پیکسل تراشه TOF بسیار بزرگتر از اندازه پیکسل سنسور تصویر معمولی است، که عموماً حدود ۱۰۰ میکرومتر است.

۴. واحد کنترل

توالی پالس‌های نوری که توسط واحد کنترل الکترونیکی دوربین ایجاد می‌شوند، دقیقاً با باز/بسته شدن شاتر الکترونیکی تراشه هماهنگ می‌شوند. این واحد، خوانش و تبدیل بارهای حسگر را انجام می‌دهد و آنها را به واحد تحلیل و رابط داده هدایت می‌کند.

۵. واحد محاسباتی

واحد محاسباتی می‌تواند نقشه‌های عمق دقیقی را ثبت کند. یک نقشه عمق معمولاً یک تصویر خاکستری است که در آن هر مقدار نشان دهنده فاصله بین سطح بازتابنده نور و دوربین است. برای دستیابی به نتایج بهتر، معمولاً کالیبراسیون داده‌ها انجام می‌شود.

TOF چگونه فاصله را اندازه‌گیری می‌کند؟

منبع نور روشنایی عموماً توسط پالس‌های موج مربعی مدوله می‌شود، زیرا پیاده‌سازی آن با مدارهای دیجیتال نسبتاً آسان است. هر پیکسل از دوربین عمق‌سنج از یک واحد حساس به نور (مانند یک فوتودیود) تشکیل شده است که می‌تواند نور تابیده شده را به جریان الکتریکی تبدیل کند. واحد حساس به نور به چندین سوئیچ فرکانس بالا (G1، G2 در شکل زیر) متصل است تا جریان را به خازن‌های مختلفی که می‌توانند بار الکتریکی را ذخیره کنند (S1، S2 در شکل زیر) هدایت کند.

یک واحد کنترل روی دوربین، منبع نور را روشن و خاموش می‌کند و یک پالس نور ارسال می‌کند. در همان لحظه، واحد کنترل، شاتر الکترونیکی روی تراشه را باز و بسته می‌کند. شارژ S₀نور تولید شده به این روش توسط پالس نوری روی عنصر حساس به نور ذخیره می‌شود.

سپس، واحد کنترل برای بار دوم منبع نور را روشن و خاموش می‌کند. این بار شاتر دیرتر، در نقطه‌ای از زمان که منبع نور خاموش می‌شود، باز می‌شود. بار S₁اکنون تولید شده نیز روی عنصر حساس به نور ذخیره می‌شود.

از آنجا که مدت زمان یک پالس نوری بسیار کوتاه است، این فرآیند هزاران بار تکرار می‌شود تا زمان نوردهی فرا برسد. سپس مقادیر موجود در حسگر نور خوانده می‌شوند و فاصله واقعی را می‌توان از روی این مقادیر محاسبه کرد.

توجه داشته باشید که سرعت نور c و t است._pمدت زمان پالس نوری، S است₀نشان دهنده بار جمع آوری شده توسط شاتر قبلی است، و S₁نشان دهنده بار جمع آوری شده توسط شاتر تاخیری است، سپس فاصله d را می توان با فرمول زیر محاسبه کرد:

کمترین فاصله قابل اندازه‌گیری زمانی است که تمام بار در طول دوره شاتر اولیه در S0 جمع شود و هیچ باری در طول دوره شاتر تأخیری در S1 جمع نشود، یعنی S1 = 0. با جایگذاری در فرمول، حداقل فاصله قابل اندازه‌گیری d=0 به دست می‌آید.

بزرگترین فاصله قابل اندازه‌گیری جایی است که تمام بار در S1 جمع شده و هیچ باری در S0 جمع نشده باشد. در این صورت فرمول d = 0.5 xc × tp را به دست می‌دهد. بنابراین حداکثر فاصله قابل اندازه‌گیری با پهنای پالس نور تعیین می‌شود. به عنوان مثال، tp = 50 ns، با جایگزینی در فرمول بالا، حداکثر فاصله اندازه‌گیری d = 7.5 متر خواهد بود.

طراحی سخت‌افزار و ویژگی‌های محصول

با بهره‌گیری از پیشرفته‌ترین راهکار سخت‌افزاری TOF در جهان؛ لیزر ایمن کلاس I، وضوح پیکسل بالا، دوربین صنعتی، اندازه کوچک، قابل استفاده برای جمع‌آوری اطلاعات عمقی از راه دور در محیط‌های داخلی و خارجی.

الگوریتم پردازش تصویر

با استفاده از الگوریتم پردازش و تحلیل تصویر پیشرو در جهان، توانایی پردازش قوی دارد، منابع CPU کمتری را اشغال می‌کند، دقت بالا و سازگاری خوبی دارد.

کاربردها

دوربین‌های صنعتی دیجیتال عمدتاً در اتوماسیون کارخانه، ناوبری AGV، اندازه‌گیری فضا، ترافیک و حمل و نقل هوشمند (ITS) و علوم پزشکی و زیستی استفاده می‌شوند. دوربین‌های اسکن منطقه‌ای، اسکن خطی و شبکه ما به طور گسترده در اندازه‌گیری موقعیت و جهت‌گیری اشیاء، نظارت بر فعالیت و وضعیت بیمار، تشخیص چهره، نظارت بر ترافیک، بازرسی الکترونیکی و نیمه‌هادی، شمارش افراد و اندازه‌گیری صف و سایر زمینه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

www.hampotech.com

fairy@hampotech.com